[發明專利]一種實現電子束物理氣相沉積自動蒸發陶瓷靶材的裝置

有效

• 申請號: 202010400415.3
• 申請日: 2020-05-13
• 公開（公告）號: CN111607762B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 彭徽;滕曉丹;王博;郭洪波;宮聲凱
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學;中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司
• 主分類號: C23C14/30
• 分類號: C23C14/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種實現電子束物理氣相沉積自動蒸發陶瓷靶材的裝置，在電子束物理氣相沉積制備涂層的過程中，通過升降組件帶動水冷坩堝內的靶材按照一定速度自動上升，通過旋轉組件帶動水冷坩堝內的靶材按照一定速度自動旋轉，并結合電子束束流在靶材上掃描方法的優化，實現電子束物理氣相沉積過程中靶材的自動、均勻、穩定蒸發，從而提高電子束物理氣相沉積涂層制備過程的工藝穩定性，獲得厚度重復性好、成分均勻穩定的高質量涂層。

技術領域

本發明涉及熱障涂層制備技術領域，尤其涉及一種實現電子束物理氣相沉積自動蒸發陶瓷靶材的裝置。

背景技術

電子束物理氣相沉積(electron beam physical vapour deposition,EB-PVD)技術是在真空環境下利用高能量密度的電子束加熱靶材，使其蒸發成氣相，并在基板上凝結沉積成涂層的技術。在EB-PVD設備中，電子束的束流束斑大小和束斑位置由計算機控制，有利于精確控制涂層的厚度和均勻性。制備過程中坩堝通常采用水冷，將靶材放置在水冷坩堝中，可避免高溫下被蒸發材料與坩堝發生化學反應而影響涂層純度。

采用EB-PVD制備涂層的主要過程為：電子槍產生高能束流，電子束通過磁場或電場聚焦在靶材上使靶材熔化蒸發，蒸氣通過稀薄氣氛被輸送到基板，然后在基板表面沉積成涂層。在制備過程中，EB-PVD設備利用計算機控制電子束流在靶材表面的掃描策略，如圖6所示，電子束束流首先聚焦在靶材中心掃描t時間，然后向外移動d距離并以靶材中心為圓心進行圓周運動掃描t時間，完成圓周運動后再向外移動d距離然后不斷重復上述操作，最終形成同心圓掃描軌跡。隨著電子束束流由圓心向外移動，所掃描的圓環半徑不斷變大，而電子束束流在每個圓環上的掃描時間不變，這樣會造成靶材消耗可控性差，需要采用人工調控的方式不斷移動電子束掃描束流在靶面的移動，人工工作量較大，同時也會導致靶材熔化蒸發的穩定性差，影響涂層質量和厚度的精確控制。

公開號為[US6589351B1]的專利中，通過優化電子束掃描策略并結合激光監測的方式可以實現電子束物理氣相沉積過程中陶瓷靶材的自動穩定蒸發，但該裝置的硬件結構復雜，對電子束流的操控性和穩定性要求較高，不利于實現推廣應用。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種實現電子束物理氣相沉積自動蒸發陶瓷靶材的裝置，用以提高電子束物理氣相沉積涂層制備過程的工藝穩定性，獲得穩定的沉積速率，提高涂層質量。

因此，本發明提供了一種實現電子束物理氣相沉積自動蒸發陶瓷靶材的裝置，包括：升降組件(1)、旋轉組件(2)和水冷組件(3)；其中，

所述升降組件(1)，用于控制靶材的上升速度，包括升降電機(4)、升降主動齒輪(5)、升降從動齒輪(6)、第一螺桿(7)、第二螺桿(8)、升降滑塊(9)、升降桿(10)及升降架(11)；其中，所述升降電機(4)與所述升降主動齒輪(5)連接，用于控制所述升降主動齒輪(5)轉動；所述升降主動齒輪(5)與所述升降從動齒輪(6)外嚙合，用于帶動所述升降從動齒輪(6)轉動；所述升降架(11)位于所述升降從動齒輪(6)的上方，且位于所述第一螺桿(7)和所述第二螺桿(8)的下方，所述升降從動齒輪(6)用于通過所述升降架(11)帶動所述第一螺桿(7)和所述第二螺桿(8)轉動；所述第一螺桿(7)和所述第二螺桿(8)分別貫穿所述升降滑塊(9)且與所述升降滑塊(9)螺紋配合，用于使所述升降滑塊(9)上下移動；所述升降滑塊(9)位于所述升降桿(10)的下方且與所述升降桿(10)連接，用于帶動所述升降桿(10)上下移動；